Caracterización del flujo hidrodinámico y evaluación de su impacto en la acumulación y producción de hidrocarburos en el sector sur de la Cuenca de Llanos, Colombia
Fecha
2022
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
The southern sector of the Llanos Basin in Colombia has been identified as a basin where the hydrodynamic flow has influenced the potential of hydrocarbon storage and production. In this area the hydrodynamic flow coincides with a province of heavy and extra-heavy crude oils, which has hypothesized for this area, a critical condition that decreases the potential for hydrocarbon retention by the effect of hydrodynamic flow and the geochemical nature of the fluids. This work provides a comprehensive view to describe the impact of regional hydrodynamic flow on retention of the heavy oil accumulations present in the reservoirs that are part of the most important regional flow unit identified in the Southern Llanos Basin. The Basal Flow Unit (BFU) constitutes a basin-scale flow unit that hydraulically and laterally connects rocks from the Cretaceous (west) to the Oligocene (east) and extends from the basin's southwestern margin up to hundreds of kilometers within the Llanos foreland basin, and whose main water recharge zone has been identified towards the eastern flank of the Serranía de la Macarena. To understand the impact of the physicochemical properties of the fluids, we analyze the relationship between hydraulic data and the main characteristics of the fluids present in the BFU, and their spatial distribution on the present-day configuration of this flow unit. This analysis integrated information from hydraulic heads, SARA analysis (Saturates, Aromatics, Resins, and Asphaltenes), Whole Oil Gas Chromatography analysis, API-gravity, and oil densities. In addition, hydrochemical analysis of the primary ions and isotopic analysis (δ18O and δD) was performed in groundwater samples from the BFU, which was integrated with deep resistivity data measured in producing and exploratory oil wells in the area. The new isotopic analyzes of this study (δ18O and δD), and data from previous studies, allowed establishing the Local Meteoric Water Line (LMWL) for the Llanos basin. The δ18O and δD values of the groundwater samples follow the Local Meteoric Water Line proposed for the Llanos basin, supporting the presence of meteoric waters in the Basal Flow Unit and whose influence it extends from the recharge zone to more than 300 km east of the basin. The results allowed identifying the southwestern corner of the southern Llanos Basin as the area with the highest hydrodynamic flow impact, and therefore, the area with the least potential for hydrocarbon retention, attributing as the main causes: 1) the proximity to recharge areas, and 2) the low contrast of fluids densities (freshwaters and highly biodegraded heavy crude oils), implying high Tilt Amplification Factor (TAF) values. Furthermore, gradual changes in resistivities and ions concentration in groundwaters suggest the eastern flank of the Serranía de la Macarena as the main recharge zone of meteoric waters into the BFU. Finally, numerical simulation techniques were used to analyze the behavior of hydrocarbon drainage under hydrodynamic conditions, obtaining a first approximation to the average linear groundwater flow velocities between 10-3 and 10-4 ft/day.
Descripción
El sector sur de la Cuenca de los Llanos en Colombia ha sido identificado como una zona donde el flujo hidrodinámico ha influenciado el potencial de almacenamiento y producción de hidrocarburos. En esta zona el flujo hidrodinámico coincide con una provincia de crudos pesados y extrapesados, lo que se ha hipotetizado para esta zona, una condición crítica que disminuye el potencial de retención de hidrocarburos por el efecto del flujo hidrodinámico y la naturaleza geoquímica de los fluidos. Este trabajo proporciona una visión integral para describir el impacto del flujo hidrodinámico regional en la retención de las acumulaciones de petróleo pesado presentes en los reservorios que forman parte de la unidad de flujo regional más importante del sector sur de la Cuenca de Llanos. La Unidad de Flujo Basal constituye una unidad de flujo a escala de cuenca que conecta hidráulica y lateralmente rocas desde el Cretácico (oeste) hasta el Oligoceno (este) y se extiende desde el margen suroccidental hasta cientos de kilómetros hacia el foreland de la cuenca de los Llanos, y cuya principal zona de recarga hídrica se ha identificada hacia el flanco oriental de la Serranía de la Macarena. Para comprender el impacto de las propiedades fisicoquímicas de los fluidos en el potencial de retención de hidrocarburos, analizamos la relación entre los datos hidráulicos y las principales características de los fluidos presentes en la Unidad de Flujo Basal, y así mismo, su distribución espacial en la configuración actual de esta unidad de flujo. Este análisis integró información de cabezas hidráulicas, análisis SARA (saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos), análisis de cromatografía de gases whole oil, gravedades API y densidades de aceite. Además, se realizaron análisis hidroquímicos de los iones primarios y análisis de isótopos estables (δ18O and δD) en muestras de aguas subterráneas provenientes de la Unidad de Flujo Basal, los cuales fueron integrados con datos de resistividad profunda medida en pozos de petróleo del área. Los análisis isotópicos realizados en muestras de fuentes hídricas superficiales (δ18O y δD), y datos de estudios previos realizados en la zona, permitieron establecer la Línea de Agua Meteórica Local para la cuenca de los Llanos. Los valores de δ18O y δD de las muestras de agua subterránea tomadas en los pozos profundos del área siguen la Línea de Agua Meteórica Local propuesta para la cuenca de Llanos, soportando así la presencia de aguas meteóricas en la Unidad de Flujo Basal, y cuya influencia se extiende desde la zona de recarga hasta más de 300 km de distancia al este de la cuenca. Los resultados permitieron identificar la esquina suroccidental del sector sur de la Cuenca de Llanos como la zona con mayor impacto de flujo hidrodinámico, y por tanto, la zona con menor potencial de retención de hidrocarburos, atribuyendo como causas principales: 1) la proximidad a las zonas de recarga, y 2) el bajo contraste de densidades entre los fluidos (aguas frescas y crudos pesados altamente biodegradados), lo que implica altos valores de Tilt Amplification Factor (TAF). Además, los cambios graduales en las resistividades y la concentración de iones en las aguas subterráneas sugieren el flanco oriental de la Serranía de la Macarena como la principal zona de recarga hídrica para la Unidad de Flujo Basal. Finalmente, se utilizaron técnicas de simulación numérica para analizar el comportamiento del drenaje de hidrocarburos bajo condiciones hidrodinámicas, obteniendo una primera aproximación a las velocidades lineales promedio del flujo de aguas subterráneas entre 10-3 y 10-4 pies/día.
Palabras clave
Acuíferos profundos, Isótopos estables, δ18O - δD, Aniones (-), Cationes (+), Recarga hídrica